انتخاب صفحه

فهرست مطالب
فصل 1- مقدمه و کلیات

زلـزله 17 ژانویه سال 1994 نورثـریج که در20 مایلی شمال غرب لس آنجلس اتفاق افتاد، اولین زلزله¬ای بود که به تعداد زیادی از ساختمان¬های مقاوم خمشی در محل حادثه آسیب سازه¬ای رساند. اگر چه شدت زلزله 8/6 در مقیاس ریشتر بود، که بر اساس مقدار انرژی رها شده، یک زلزله متوسط در نظر گرفته می¬شد، تعداد زیادی از اتصالات تیر به ستون ساختمان¬های مقاوم خمشی، در آن زلزله به شدت آسیب دیدند. این اتصالات در آیین نامه Uniform Building Code) UBC) مورد تأیید قرار گرفته بودند و تصور می شد که ظرفیت کافی دارند تا تیر در خمش، به حد تسلیم برسد و یا ناحیه چشمه اتصال ستون دچار تسلیم برشی گردد. اما بر خلاف انتظار، اکثریت اتصالات، به دلایل مختلفی که ذکر خواهد شد، بصورت ترد گسیخته شدند و در موارد کمی، رفتار آنها شکل پذیر بود. یکسال بعد از زمین لرزه نورثریج، درست در 17 ژانویه 1995 زلزله ای به بزرگی 9/6 در مقیاس ریشتر، شهر کوبه در ژاپن را لرزاند که در این زلزله نیز بسیاری از اتصالات قاب¬های خمشی آسیب دیدند و حتی بعضی از ساختمان¬ها با قاب خمشی فرو ریختند. کشف آسیب¬های جدی در ساختمان های فولادی، با قاب¬های خمشی جوشی در زلزله¬های دیگر نیز تأییدی بر آسیب¬های اتفاق افتاده در قاب¬های خمشی نورثریج بود و این نشان دهنده این مطلب بود که آسیب ها فقط به خصوصیات لرزه ای در زلزله نورثریج مربوط نمی شود و نقص، از خود اتصالات آسیب دیده می باشد.
زلزله نورثریج, به دلیل تحولاتی که در روند طراحی و ساخت اتصالات گیردار جوشی در سازه های فولادی ایجاد کرد, نقطه عطفی در تاریخ طراحی و اجرای این نوع سازه ها محسوب می شود. بدنبال زلزله نورثریج, تعدادی از ساختمان¬های فولادی جوشی با سیستم قاب خمشی(WSMF), در ناحیه اتصالات تیر به ستون دچار شکست شدند. خرابی دور از انتظار بسیاری از ساختمان¬های با سیستم‌ مقاومت جانبی قاب خمشی در این زلزله، نوع نگاه به اتصالات این قاب‌ها را دچار دگرگونی کرد. به همین دلیل مهندسان با مشاهده شکست های غیر منتظره گسترده در جوش‌ها و فلز پایه در اتصالات متعارف قاب‌های مقاوم خمشی، بر آن شدند تا اتصالاتی با شکل‌پذیری بیشتر و جزئیات اصلاح شده، معرفی کنند. یکی از بخش‌های مهم اتصالات تیر به ستون در قابهای خمشی، ناحیه چشمه اتصال می‌باشد که سختی و مقاومت آن در رفتار و شکل‌پذیری قاب تاثیر بسزایی دارد. بخصوص رفتار چشمه اتصال در قاب‌های خمشی ویژه، که شکل‌پذیری بالایی از این نوع قاب انتظار می‌رود، نقش بسیار مهمی را ایفا می‌کند. این موضوع، ضرورت بررسی شکل ‌پذیری، رفتار و عملکرد لرزه‌ای قاب‌های خمشی فولادی، با منظور نمودن اثر چشمه اتصال در آن‌ها، توسط روش نوین طراحی بر مبنای عملکرد (که بر پایه تحلیل‌های غیرخطی استوار است) را مشخص می‌کند[ ].
در طراحی ساختمانها در مناطق لرزه خیز باید به گونه ای عمل کرد که:
الف) ایجاد سختی و مقاومت کافی در سازه جهت کنترل تغییر مکان جانبی تا از تخریب اعضاء سازه ای و غیر سازه ای تحت زلزله متوسط یا کوچک جلوگیری بعمل آید.
ب) ایجاد شکل پذیری و قدرت جذب انرژی مناسب در سازه به خاطر ممانعت از فروریختگی سازه در یک زلزله شدید.
منظور از شکل پذیری، قابلیت استهلاک انرژی توسط رفتار غیرالاستیک کل سازه، یا اعضای آن، تحت اثر تغییرشکل های رفت و برگشتی، بدون کاهش قابل ملاحظه ای در مقاومت آنها می باشد. شکل پذیر بودن یک خاصیت اساسی برای سازه های مقاوم در برابر زلزله می باشد. شکل پذیری مناسب در ناحیه غیر ارتجاعی اعضاء قاب، نیروهای وارده از زلزله را به نحو موثری مستهلک کرده و اعضاء می توانند قبل از فرو ریختن، تغییر شکل ارتجاعی یا خمیری قابل ملاحظه¬ای را تحمل کنند. با توجه به اینکه رفتار ساختمان در مقابل زلزله همواره به صورت ارتجاعی باقی نمی ماند، در بعضی از اجزاء ساختمان تغییر شکل های خمیری بوجود می آید که خود باعث جذب انرژی زلزله می گردد. از آنجائیکه عمده این اتلاف انرژی، در مفاصل پلاستیک رخ داده و در عناصر سازه ای (تیر و ستون و …) با هندسه ثابت، مفاصل پلاستیک، در نقاط خاصی از سازه اتفاق می افتد، لذا درصورتی که بتوان، با تمهیداتی استهلاک انرژی را به نقاط بیشتر یا به طولهائی بیشتر از اعضاء سازه سوق داد، در اینصورت می توان گفت، از ظرفیت بیشتری از عضو در این امر بهره برداری شده است. ضمناً با مشارکت بیشتر بافت عضو سازه ای، در بحث استهلاک انرژی(تحت اثر نیروهای وارده)، می¬توان در شرائط برابر(مصالح مصرفی) منحنی¬های هیسترزیس با سطح زیر منحنی بیشتری را نسبت به اعضاء سازه ای با هندسه ثابت ایجاد نمود.
مبنای کار در طراحی اتصالاتی که با ایده بهبود عملکرد در رفتار اتصالات طرح می شوند این است که: اولاً ظرفیت باربری براساس ممان پلاستیک تیر مشخص شوند، ثانیاً اتصال باید آنقدر مقاوم باشد تا بتواند بدون تحمل شکست به حداکثر مقاومت خود برسد. ثالثاً ظرفیت شکل پذیری نیز باید به اندازه کافی تأمین شود، تا نقاطی از سازه که تحت تغییر شکل های پلاستیک بزرگ قرار می گیرند، قادر به اتلاف انرژی باشند.
فلسفه طراحی اتصالات نیز به گونه ای در نظر گرفته می شود که مفصل پلاستیک را از بر ستون دور کرده و به داخل تیر منتقل کند تا پایداری جانبی سازه در صورت تسلیم مقاطع، حفظ شود. بدین ترتیب اتصال در بر ستون به صورت الاستیک رفتار می نماید و مفصل پلاستیک در تیر و در ناحیه ای دور از اتصال اتفاق می افتد و اتصال را از ترد شکنی مصون نگه می دارد.
تمام اتصالات که باعث تشکیل مفصل پلاستیک در ناحیه ای دور از چشمه اتصال می شود را می توان به دو دسته تقسیم کرد:
– اتصالات تقویت شده (Reinforced Connection)
– اتصالات با تیر تضعیف شده (RBS)
اتصالات تقویت شده شامل اتصالات دارای سخت کننده، اتصالات دارای صفحات پوششی، اتصالات دارای نشیمن، اتصالات دارای ورق برشی و غیره هستند، که توسط تقویتی ها موجب ایجاد مقاومت اضافی در ناحیه اتصال می شوند. اتصال با تیر ضعیف شده، با برش قسمتی از بال های تیر(یا بخشی از جان)، در فاصله ای مشخص از بَر ستون ایجاد می شود. اتصالات تقویت شده با تقویت ناحیه اتصال، اتصال را از تیر مقاوم تر می کند، ولی در اتصال RBS عمل تقویت اتصال، با ضعیف تر کردن تیر نسبت به اتصال صورت می پذیرد.
محوریت مهم دیگر در بهبود عملکرد اتصالات در سازه های فولادی پس از زلزله نورثریج, در راستای اصلاح اتصال در برابر توزیع تنش برشی عمودی در بال تیر قرار گرفت. تا معضلات اشاره شده, به علت وجود این تنش برشی حذف شود[ ].
1-2- قاب های مقاوم خمشی فولادی (SMRF)
قاب خمشی، مجموعه ای از تیرها و ستون ها که دارای اتصالات ممان گیر(صلب)، می باشند که نیروهای جانبی توسط خمش و برش در تیرها و ستون ها تحمل می شود. قاب مقاوم خمشی فولادی، سیستمی می باشد که اتصالات بین تیر و ستون آن به گونه ای طراحی می شوند که انرژی زیادی تلف نمایند و کمک اساسی به شکل پذیری سیستم کنند. از مزایای این سیستم می توان به تطبیق پذیری با شرایط معماری و شکل پذیری زیاد و ایمنی، و در بحث معایب، از سختی الاستیک کم آن گفت.
ایجاد شکل پذیری در سیستم قاب خمشی شامل موارد ذیل می گردد:
– تسلیم خمشی تیرها
– تسلیم برشی چشمه اتصال ستونها
– تسلیم خمشی ستون ها
ساختمان های با قاب مقاوم خمشی فولادی، به گونه ای طراحی می شوند که بتوانند در برابر لرزش زمین، با فرض انجام تغییر شکل های پلاستیک بزرگ، مقاومت کنند و زوال مقاومت خمشی نداشته باشند. تغییر شکل¬های پلاستیک شامل دوران پلاستیک در تیر¬ها و در ناحیه اتصال تیر به ستون می-باشد که باید قادر به اتلاف انرژی زلزله که به سازه وارد می شود، باشند. خسارات سازه ای نیز باید به صورت جاری شدن و کمانش موضعی اعضای سازه و نه از طریق شکست ترد اتصال و اعضاء سازه باشند[19]. بر اساس همین اصل، آیین نامه های طراحی اجازه می دهند که قاب های خمشی فولادی، با مقاومتی کمتر از مقاومت حد الاستیک خود در مقابل زلزله های طرح، طراحی شوند.

مکان احتمالی تشکیل مفصل پلاستیک در تیر (تغییر شکلهای ماندگار)

مکان احتمالی تشکیل مفصل پلاستیک در تیر (تغییر شکلهای ماندگار)

1-1- مقدمه …………………………………………………………………2
1-2- قاب های مقاوم خمشی فولادی (SMRF)ا………………………. 5
1-3- اتصال با هندسه متغیر………………………………………………. 8
1-4- تعریف موضوع تحقیق:……………………………………………….. 9
1-5- اهمیت و اهداف مطالعه اتصال با هندسه متغیر………………….: 9
1-6- روش تحقیق: …………………………………………………………10
1-7- ساختار پایان نامه:…………………………………………………… 10

برای دانلود رایگان قسمت های بیشتراز فایل به انتهای مطلب مراجعه کنید

فصل 2- اتصالات فولادی و سیستم اتصال گیردار با هندسه متغیر

قابهای خمشی جوشی برای مقابله با زمین لرزه، اصولا بر این مبنا طراحی می شدند که بدون از دست دادن مقاومت، قابلیت تسلیم و تغییر شکل خمیری زیادی را دارا باشند. انتظار بر این بود که تغییر شکل خمیری مورد نظر موجب دوران های پلاستیک تیرها در محل اتصالشان به ستون ها شود که از نظر تئوری انرژی داده شده به ساختمان را جذب کند و نیز فرض اساسی در مورد اتصالات این بود که می¬توانند دوران های پلاستیک تا 02/0 رادیان و بزرگتر را بدون زوال درمقاومت خمشی تحمل کند در نتیجه، انتظار می رفت در برخورد با زلزله های شدید این سازه ها رفتاری بسیار شکل پذیر داشته و به جای تحمل شکست ترد در اتصالات، دچار آسیب هایی مثل تسلیم و کمانش های موضعی در تیرها بشوند. در هر حال ساختمان¬ها در طی زلزله آن طور که انتظار می¬رفت رفتار نکردند و به دلیل آسیب های اتصالات ضررهای اقتصادی قابل ملاحظه ای را با وجود عدم تلفات جانی بوجود آوردند[2].
مشاهده آسیب های بوجود آمده در اثر زلزله نورثریج مشخص ساخت که در بسیاری از موارد، شکست های ترد اتصالات در محدوده زیر حد خمیری مقاطع بوقوع پیوسته و در بسیاری موارد شکست¬ها در حالی اتفاق افتاده که مقاطع فولادی قاب ساختمان هنوز در حد الاستیک بوده اند و این مهم بررسی و تجدید نظری جدی را در روند طراحی اتصالات سازه های فولادی ضروری می نمود. بررسی ها نشان داد که اغلب آسیب های وارده در ناحیه جوش نفوذی بال تیر به بال ستون اتفاق افتاده اند و این آسیب ها به سمت بال و جان ستون نیز گسترش یافته اند به عبارت دیگر بررسی های عینی بیانگر ضعف عمده ناحیه اتصال در این قابها بودند.
بررسی های المان محدود نیز در توافق با شرایط رخ داده وضعیت توزیع و تمرکز تنش نسبتاً زیادی را در ناحیه اتصال تیر به ستون نشان داده اند. بنابر این عمده مسیرهای مطالعاتی بر روی یافتن دلیل توزیع تنش غیر قابل پیش بینی و تمرکز تنش در ناحیه اتصال، معطوف شد.
نتایج حاصل از مطالعات انجام شده در آن زمان، وجود تنش برشی عمودی در بالهای تیر در ناحیه اتصال و طبیعتاً در جوش بال تیر به بال ستون را عمده ترین عامل بروز شکست ها در ناحیه اتصال مشخص نمود، بعبارتی با آنکه قبل از زلزله نورثریج در روش های متعارف طراحی تیر و اتصال مربوطه در سازه های فولادی برای بالهای تیر I شکل به دلیل عرض زیاد بال هیچگونه سهمی از برش عمودی قائل نمی شوند و تنش برشی را سهم جان تیر می دانند، اما بررسی های بعد از زلزله، بیانگر حالتی بر خلاف این فرض در محل اتصال بودند، تا جایی که برخی مطالعات نشان دهنده دریافت 50% از برش عمودی کل مقطع توسط بال های تیر بودند. این نیروی برشی موجود در بالهای تیر در ناحیه اتصال، معضلات بسیاری را از جمله کاهش ظرفیت باربری تیر در ناحیه اتصال، پیدایش لنگر اهرمی در بال های تیر در هنگام تغییر شکل سازه تحت بارهای جانبی، افزایش چشمگیر رشد ترکهای جزیی موجود در مصالح جوش اتصال تیر به ستون و تمرکز قابل توجه تنش در اتصال را بدنبال دارد، که همه این عوامل منجربه شکست ترد جوش اتصال پیش از تسلیم مقطع تیر می شود[2 , 21].
علاوه بر وجود تنش برشی در بال های تیر، عوامل دیگری نیز به عنوان دلایل عمده شکست اتصالات در طی زلزله نورثریج شناخته شد. از جمله اینکه آیین نامه های طراحی که بین سال‌های 1985 تا 1994 تدوین شده اند، معمولا توصیه به طراحی اتصال با ناحیه پانلی ضعیف ستون می کردند، در نتیجه تغییر شکل پلاستیک ناحیه اتصال عمدتاً در ناحیه پانلی رخ می داد و باعث افزایش تنش و کرنش در جوش اتصال بال تیر می شد[1].
با توجه به ضعف های عمده اشاره شده در اتصالات، اکثر مسیرهای مطالعاتی پس از زلزله نورثریج در سازه ها به سمت حل معضلات موجود در اتصالات فولادی جوشی هدایت شدند، تا بتوانند موجب بهبود عملکرد اتصالات شوند.

: گسترش شکست در ضخامت بال ستون

: گسترش شکست در ضخامت بال ستون

2-1- مقدمه…………………………………………………………………. 13
2-2- تعریف اتصال…………………………………………………………… 15
2-2-1- انواع اتصالات………………………………………………………… 15
2-3- منحنی لنگر_ دوران(M- θ) اتصالات………………………………….. 15
2-4- طبقه بندی اتصالات خمشی:………………………………………… 18
2-4-1- طبقه بندی اتصالات خمشی بر اساس آیین نامه AISC2005 ا….20
2-4-2- معیار سختی اتصال………………………………………………….. 20
2-4-3- طبقه بندی قاب های خمشی در آیین نامه لرزه ای AISC2005 ا.22
2-4-4- تقسیم بندی اتصالات خمشی در آیین نامه FEMA ا…………….: 22
2-5- مروری بر اتصالات پیش از زلزله نورثریج……………………………….. 24
2-5-1- اتصالات مقاوم خمشی رایج قبل از زلزله نورثریج 1994…………. 24
2-5-2- بررسی های عینی انجام شده بر روی اتصالات …………………..25
2-5-3- نتیجه گیری………………………………………………………….. 30
2-6- راه حل………………………………………………………………….. 31
2-6-1- اتصالات تقویت شده:………………………………………………. 32
2-6-2- اتصالات ضعیف شده………………………………………………… 36
2-7- بررسی اتصال تیر با جان شکافدار………………………………….. 36
2-7-1- هندسه کلی اتصالات تیر های با جان شکافدار …………………37
2-7-2- مزایای هندسه اتصال با جان شکافدار نسبت به اتصالات رایج 38
2-7-3- نتایج کلی ……………………………………………………………42
2-8- بررسی اثر اتصال RBS در بهبود رفتار قابهای خمشی فولادی[10] 42
2-8-1- هندسه کلی اتصالات RBSا………………………………………… 43
2-8-2- مزایای هندسه اتصال RBS ا…………………………………………..44
2-8-3- اثر RBS در جلوگیری از ترد شکنی اتصال و کنترل تنشها در بر ستون[10] …………………………………………………………………………………….46
2-8-4- بهسازی و تقویت اتصالات خمشی ساختمان¬های موجود با استفاده از RBSا…………………………………………………………………………….. 47
2-8-5- نتیجه گیری…………………………………………………………….. 49
2-9- اتصال با ورق میانگذر:………………………………………………….. 50
2-9-1- مزایای هندسه اتصال با ورق میانگذر:……………………………… 51
2-9-2- سایر مزیتهای اتصال با ورق میانگذر به ستونهای قوطی شکل…. 53
2-9-3- بررسی نتایج تحلیل…………………………………………………… 54
2-9-4- نتیجه گیری……………………………………………………………. 55
2-10- سیستم اتصال گیردار با صفحات کناری……………………………… 56
2-10-1- مقدمه:……………………………………………………………….. 56
2-10-2- معرفی اتصال با صفحات کناری…………………………………….. 57
2-10-3- مقاوم سازی در برابر ضربه و انفجار با استفاده از اتصال با صفحات کناری…………………………………………………………………………….. 58
2-10-4- هندسه های معمول سیستم اتصال با ورق کناری:……………… 62
2-10-5- سازه های اجرا شده:…………………………………………………. 63
2-10-6- مقایسه اتصال با صفحات کناری و اتصال تیر کاهش یافته (RBS): ا.63
2-11- اتصال CONXL : ا…………………………………………………………….64
2-11-1- هندسه کلی و مزایای اتصالCONXLا………………………………. 65
2-11-2- بررسی نتایج حاصل از تحلیل نمونه ها ……………………………..67
2-11-3- نتیجه گیری……………………………………………………………. 69

فصل 3- مدلسازی و بررسی های تئوری و تحلیلی

همانطور که قبلاً ذکر شد سازه های فولادی جوشی با قابهای خمشی به طور معمول در سازه¬های ساختمانی، مخصوصاً برای ساخت سازه های متوسط تا بلند، مورد استفاده قرار می گیرند. قبل از زلزله نورثریج چنین تصور می ¬شد که این نوع ساختمان¬ها بسیار شکل پذیرند و از آسیب هایی که ظرفیت سازه را کاهش می دهد مصون اند، چرا که آسیب های بسیار جدی به این نوع سازه ها در زلزله های گذشته به ندرت گزارش شده بود و حتی هیچگونه گزارشی از فروریختن چنین سازه هایی وجود نداشت. ساختمان¬های فولادی جوشی با قابهای مقاوم خمشی، برای مقابله با تکان¬های زمین لرزه، بر این اساس طراحی می شوند که بدون از دست دادن مقاومت، قابلیت تسلیم و تغییر شکل خمیری زیادی را دارا باشند. تغییر شکل خمیری مورد نظر، دورانهای پلاستیک درون تیرها در محل اتصالاتشان به ستون ها را شامل می شود، که از نظر تئوری انرژی داده شده به ساختمان¬ها را جذب می کند. بدین ترتیب انتظار می رود آسیب هایی مثل تسلیم و کمانش های موضعی در المانهای فولادی اتفاق بیفتد، نه اینکه اتصال دچار شکست ترد شود. کشف شکست ترد در تعدادی از ساختمان¬ها تحت اثر زلزله نورثریج، نیاز آزمایش مجدد این نوع اتصال را مسجل ساخت.
در یک سازه قاب خمشی فولادی یکی از معمول ترین نقاطی که تحت بار لرزه ای دچار آسیب می گردد، اتصال تیر به ستون است که جزء نقاط حساس، مهم و تاثیر گذار در رفتار مورد نظر در سازه های خمشی محسوب می شود. آسیبهای لرزه ای می توانند ناشی از عدم یکپارچگی، مقاومت، سختی و شکل پذیری اعضای سازه و یا هر گونه ضعف در اتصال باشد و در موارد زیادی، آسیبهای یاد شده مستقل از پایداری و یکپارچگی کل سازه می باشد، چگونگی تغییر شکل اتصال، در به وجود آمدن آسیبهای مورد اشاره دخیل هستند. توانایی تغییر شکل اتصال، با توجه به نوع اتصال و محل مفصل پلاستیک خمشی و هم چنین تقاضای لرزه ای که از طریق مفصل، به اتصال تحمیل می شود، متفاوت است. لذا موقعیت، طول، شکل و خصوصیات مفصل پلاستیک در سازه های فولادی خمشی، اتصال را به صورت مستقیم تحت تاثیر قرار می¬دهد .
در چند دهه اخیر تحقیق در زمینه تحلیل غیر خطی سازه ها به صورت گسترده تداوم داشته و در حال پیشرفت است. هرچند حجم کارهای انجام شده و مفید، بسیار چشم گیر است، با وجود این بدلیل پیچیدگی رفتار غیر خطی سازه ها هنوز کارهای فراوانی در پیش رو می باشد. رفتار غیر خطی سازه ها ممکن است ناشی از رابطه غیر خطی تنش_کرنش مصالح و یا تغییر شکل های بزرگ سازه باشد. در حالت اول، رفتار با تعریف سطح تسلیم قابل پیگیری بوده و به آن رفتار غیر خطی مواد و یا رفتار کشان_ مومسان می¬گویند. یک ویژگی این رفتار، باقی ماندن تغییر شکل دائم در سازه است.
بیشتر سازه های نامعین زیر بار، پس از گذشتن از مرز کسشانی اولیه هنوز دارای ذخیره مقاومت بوده و توانایی تحمل بارهای بیشتری را دارند. تحلیل غیرخطی سازه ها ممکن است برای تعیین مقاومت، تغییر شکلها و تنش های سازه زیر بارهای افزایشی و یا بارهای چرخه ای مورد استفاده قرار بگیرد. با انجام تحلیل غیر خطی بیشترین باری که سازه می تواند تحمل کند (بار گسیختگی) بدست می آید. پیچیدگی تحلیل غیرخطی هنگامی آشکار می شود که رفتار سازه در فضای تنش چند محوری مورد نظر باشد. لازم به توضیح است که آنالیز غیرخطی چنین حالتی هنوز دارای ابهامات بوده و نیاز به تحقیق دارد. روش های تحلیلی کلی برای سازه های با رفتار غیر خطی قابل انجام نبوده و شیوه های عددی، از جمله روش اجزاء محدود برای این منظور مفید می باشند. تحلیل کشان_ مومسان با روش اجزای محدود نیاز به معیار تسلیم دارد[3].
در تحلیل خطی، کرنش به طور مستقیم با بار وارده متناسب می باشد. خطی بودن می تواند مثال خوبی از واقعیت و یا فقط نتیجه ای اجتناب ناپذیر از فرضیات در نظر گرفته شده برای اهداف تحلیلی باشد. در تحلیل خطی فرض می شود که جابه جایی ها و دوران ها کوچک هستند و تنش و کرنش با هم رابطه مستقیم داشته باشند. برای دستیابی به نتیجه مطلوب در تحلیل، چند مرحله برای انجام محاسبات در نظر گرفته می شود. در هر مرحله، محاسبات تا حصول به شرایط همگرایی ادامه می یابد.
در بررسی و مقایسه عملکرد و همچنین رفتار اعضاء سازه ای، نحوه توزیع مصالح در طول عضو و همچنین نیاز یک عضو سازه ای به سختی وابسته به مکان، باعث گردید به معادلاتِ مربوط به پارامترهای مؤثر در این اعضاء و تأثیر آنها بر هندسه عضو پرداخته شود. این بررسی ها شامل معادلات مربوط به توزیع انرژی، تنش، سختی و …بوده که هر یک از آنها بسته به نوع بارگذاری، شرائط هندسی خاصی را برای عضو می توانند ایجاد نمایند. بررسی اعضاء سازه ای با هندسه متغیر یا ممان اینرسی متغیر نشان دهنده طاقت بیشتر این اعضاء در برابر بارهای وارده می باشد(یکی از مهمترین دلائل بررسی هندسه مقاطع با سختی متغیر بوده است). بررسی های آتی نشان می دهد در صورت استفاده از عناصر سازه¬ای با ممان اینرسی متغیر در سازه ¬ها، این عناصر قادرند بخش قابل توجهی از انرژی ورودی را به تنهایی جذب و مستهلک نمایند و همانند میراگرهائی هستند که از خاصیت میرایی مناسبی برخوردارند و می توانند مقاومت خوبی را برای سازه در برابر بارهای وارده ایجاد کنند.
آنچه در این پایان نامه به آن پرداخته می شود بر مبنای متدها و روشهای انرژی بوده و براساس معادلات دیفرانسیل حاکم بر توزیع انرژی(بعنوان تابع مولد انواع مختلف تنش) در اعضاء سازه ای خمشی، در طول عضو خمشی، تنشهای ایجاد شده در هر بخش از عضو، مشخص و با لحاظ کردن شرط کنترل تنش حداکثر، معادله هندسی مقطع خمشی بدست می¬آید. از مزایای چنین سیستمی می توان به کاهش چشمگیر مصالح مصرفی، عدم نیاز به منبع انرژی خارجی برای مقابله با شرائط بحرانی، استفاده حداکثری از مصالح موجود در عضو برای ذخیره سازی و استهلاک انرژی اشاره نمود(استهلاک انرژی صرفاً در مکانی خاص اتفاق نمی افتد). در روش های مرسوم طراحی مقاوم ساختمان ها در برابر زلزله از رفتار غیر الاستیک سازه برای ذخیره سازی انرژی ورودی به آن استفاده می گردد و به سازه اجازه داده می شود تا از محدوده الاستیک خارج و به واسطه تغییر شکل های غیر الاستیک به وجود آمده مقداری از انرژی را مستهلک نماید. توجه به نحوه توزیع انرژی در یک سازه راه حلی است مناسب، برای کاهش اثرات مخرب اعمال انرژی در شرائط بحرانی نظیر زلزله و …
هدف از مطالعات انجام گرفته در این پایان نامه ارائه معادله هندسی یک سخت کننده اتصال و بررسی عملکرد آن با توجه به شرائط بارگذاری و تکیه گاهی، تعیین مقادیر انرژی مستهلک شده در این گونه اتصالات و بررسی سایر مزایای آن است. برای دست یابی به این اهداف ابتدا تابع توزیع انرژی را در یک تیر طره با مقطع مسطتیلی تحت بارهای متمرکز و گسترده، بمنظور تشخیص رفتار تیر، تحت اثر انرژی وارده تعیین، و پس از مشخص نمودن عوامل و پارامترهای متغیر آن، به بررسی نسبی این مدلها با تیری مشابه(به لحاظ مصالح مصرفی) با مقطع ثابت پرداخته می¬شود. البته لازم به ذکر است که جهت حل مسأله بایستی یک شرط کنترل کننده را در نظر داشت و آن هم کنترل حداکثر تنش است که از مقدار تنش تسلیم فراتر نرود(در محدوده الاستیک) و با حل معادلات مربوطه، با درنظر گرفتن عرض ثابت برای تیر، معادله ارتفاع تیر یا معادله هندسه عضو، بدست می¬آید. هرچند پاسخ بدست آمده برای محدوده خطی(الاستیک) می باشد، لیکن این موضوع قابل تعمیم به حالت غیر خطی(پلاستیک) نیز می باشد. از اینرو شاید بتوان گفت مسأله تبدیل به یک مسأله حساب تغییرات(بهینه سازی) می گردد[ ].

در برخورد خودرو با مانع بخشهائی که طاقت سرعت بارگذاری را ندارند دچار خرابی موضعی می گردند

در برخورد خودرو با مانع بخشهائی که طاقت سرعت بارگذاری را ندارند دچار خرابی موضعی می گردند

3-1- طراحی اتصالات تیر به ستون به روش ممان اینرسی متغیر……… 72
3-1-1- مقدمه……………………………………………………………….. 72
3-2- روش اجزاء محدود……………………………………………………… 76
3-3- معیار های تسلیم……………………………………………………… 76
3-3-1- معیار تسلیم فون میسز و ترسکا………………………………….. 77
3-4- توزیع تنش در تیر ها…………………………………………………… 78
3-4-1- توزیع کلاسیک تنش در تیر ها……………………………………… 78
3-4-2- الف: توزیع تنش خمشی در تیر ها……………………………….. 79
3-4-3- ب: توزیع تنش برشی در تیر ها:………………………………….. 79
3-4-4- توزیع تنش بر اساس مطالعات المان محدود…………………….. 80
3-5- توزیع انرژی در اعضاء سازه ای……………………………………… 82
3-6- انتخاب نرم افزار………………………………………………………. 89
3-6-1- نحوه ایجاد یک مدل تحلیلی کامپیوتری:………………………… 90
3-6-2- رفتار مصالح……………………………………………………….. 91
3-7- انتخاب مدل ها و جزییات اتصال مدل شده:………………………. 92
3-7-1- ارائه معادله هندسه تیر طره تحت بار منفرد:………………….. 92
3-7-2- ارائه معادله هندسه تیر طره تحت بار گسترده:……………….. 94
3-7-3- ارائه معادله هندسه تیر دو سر گیردار تحت لنگر:…………….. 96
3-7-4- ارائه معادله هندسه تیر دو سر گیردار تحت اثر بار گسترده: 100

فصل 4- خروجی ها و نتایج بدست آمده.

هدف از این تحقیق بررسی و ارزیابی تنش¬های بوجود آمده در یک قاب تحت بارگذاری چرخه ای، افزایشی و نهایتاً ارائه سخت کننده اتصال است. در فصول گذشته با استفاده از روابط تحلیلی و نیز مشاهدات عینی، نقاط ضعف قابهای خمشی مشخص گردید. همچنین برای استفاده حداکثری از مصالح موجود در تیر، با توجه به نوع بارگذاری، معادلات هندسی عضو نیز ارائه گردید. در این راستا المانهائی بعنوان تیر ایده آل، مدلسازی و تحت بارگذاری مشخص قرار گرفته و تحلیل شدند. نتایج حاصل از مدلسازیو روابط تحلیلی در یک قاب یک دهانه(با سخت کننده و بدون سخت کننده)، تحت بار گسترده یکنواخت قائم و بارچرخه ای(افزایشی) جانبی برای دهانه های 3 و 4 و 5 متری مورد ارزیابی قرار گرفت.

4-2- طرح و مشخصات اتصالات نمونه:
مدلهای ارائه شده در این بخش همگی با مقطع مسطتیلی و از نوع فولاد St37 با مشخصات مربوطه فرض می شوند لازم به ذکر است که در قسمتهائی خاص، جهت ارزیابی نسبی تیرهائی از حجم ثابتی از مصالح استفاده گردیده است (طول و عرض ثابت، ارتفاع متغیر). این امر دلیل توجیهی مناسبی برای بررسی هندسه در طراحی اعضاء سازه ای می تواند باشد، چرا که با حجم واحد عملکرد مناسبتری نسبت به سایر هندسه های متداول، اثبات می گردد. المانهائی که بعنوان تیر، مدلسازی و ورد ارزیابی قرار گرفته اند، شامل:
_ تیر کنسول تحت بار منفرد در انتهای آن
_ تیر کنسول تحت بار گسترده یکنواخت در طول آن
_ تیر دو سر گیردار تحت بار گسترده یکنواخت در طول آن و بار جانبی چرخه ای(یکطرفه)
که برای هریک از موارد فوق دو مدل، یکی با هندسه ثابت و دیگری با هندسه متغیر برگرفته از روابط تحیلی، نتایج مربوطه ارائه گردیده است.
4-3- نحوه اعمال بار و شرائط مرزی:
میزان بار وارده در مدلها با مقدار اولیه تحلیلی و نیز استفاده از روش آزمون و خطا، تا رسیدن به بار نهائی معین گردیده است. بار نهائی وارده به هر یک از نمونه ها، ضریبی از نمودار 4-1 می باشد که این مقادیر از تحلیل های متفاوت نرم افزاری بدست آمده اند و بمنظور تفسیر نتایج بدست آمده از تحلیل مدلهائی که جزئیات آنها در روابط تحلیلی تشریح شد، از نمودار نیرو_ تغییر مکان(هیسترزیس) استفاده گردیده است.

4-1- مقدمه:………………………………………………………………. 106
4-2- طرح و مشخصات اتصالات نمونه:…………………………………. 106
4-3- نحوه اعمال بار و شرائط مرزی:……………………………………. 107
4-4- انتخاب مدل ها:……………………………………………………… 107
4-4-1- تیرهای کنسول تحت بار منفرد در بخش انتهائی…………….. 107
4-4-2- تیرهای کنسول تحت بار گسترده یکنواخت ……………………..109
4-4-3- تیرهای دو سرگیردار تحت بار گسترده یکنواخت در طول و لنگر متمرکز یکطرفه……………………………………………………………………….. 111
4-4-4- جزییات اتصال مدل شده …………………………………………: 117
فصل 5- نتیجهگیری و ارائه راهکار…………………………………………. 131
5-1- نتیجهگیری……………………………………………………………… 132
5-2- پیشنهادات……………………………………………………………..132

ABSTACT:
The widespread and considerable fatigue in steel moment frames indicates that engineers have no sufficient knowledge about the major weakness of these structures during North Ridge earthquake (1994) (NRE). Considering as a saddle point, the NRE causes a revolution in the way of manufacturing and desinging of welded rigid connections in steel structures. Following this event, NRE, some welded steel structures with moment frame system (WSMF) were subject to failure in their beam-to-column connection area. Damaged structures involved any type of bulding nevertheless its hight and lifetime. After the NRE, in order to resolve the common moment frame issues, fundamental changes have been suggested to desing process and implementing steel structures connections. Beam-to-column connection with Slotted Web, beam-to-column connections with sideplate, reduced web- or reduced flange-connections and so on, are among these proposed new connections. Studies show that these kinds of connections resolve many weaknesses of usual connections. As one of the most important advantages of the modern connections over the usual ones, is that it shifts plastic hinge away from The panel zone and into the beam.
In this thesis, connections with variable geomety are considered for bending around the strong axis. Study results reveal that such a connection keeps a way the plastic hinge from the The panel zone and therefore, more much volume of material of members contribute in energy damping. Also, forementioned connections reserve more energy and damp it along the member. As a result, we propose a new approach to remedy the weakness point of connections used before NRE. This approach investigated theoretically and by simulations. Ceonnection geomety modifying causes improvement in member behavior and adding extra materials to connections implies reducing of models ductility density.
Finite element method is applied for modelling and in order to making comparisons between new connection and connections used before NRE. We note that all simulations and modellings are implemented via Abaqus software



بلافاصله بعد از پرداخت به ایمیلی که در مرحله بعد وارد میکنید ارسال میشود.


فایل pdf غیر قابل ویرایش

قیمت25000تومان

خرید فایل word

قیمت35000تومان

.